JP2008521608A - 核燃料組立体スケルトンを溶接するための装置、及び対応するプログラミング、スケルトン溶接、及び燃料組立体製造の方法 - Google Patents

Abstract

【課題】核燃料組立体スケルトンの案内管上に構造要素を溶接するための装置を提供する。
【解決手段】案内管及び構造要素を受け取って保持するための少なくとも１つの構造体（１４）と、案内管に平行に移動可能なキャリッジ（１２）と、少なくとも１つの溶接工具（３６）と、ペンチ（３６）をキャリッジ（１２）に接続して少なくとも自由度６を呈する、溶接工具（３６）を移動させるための移動手段（３８）とを含む装置（１）。
【選択図】図１

Description

本発明は、核燃料組立体スケルトンの案内管上に構造要素を溶接するための装置に関し、装置は、案内管及び構造要素を受け取って保持するための少なくとも１つの構造体と、案内管に平行に移動可能なキャリッジ（台車）と、少なくとも１つの溶接工具と、溶接工具を移動させるための移動手段とを含み、移動手段は、ペンチをキャリッジに接続し、少なくとも自由度５を呈する。
本発明は、特に、核燃料棒を保持するための格子の溶接に応用される。

ＦＲ−２６７０９４７は、溶接用舌状部が格子の上面から突出した格子を溶接することを可能にする上述の装置を開示している。溶接装置の移動手段は、案内管に対して横方向に移動可能な支持箱、垂直方向に延長可能なアーム、及び溶接ペンチを担持する可動型リストを含む。可動型リストは、溶接ペンチが全体で自由度６を呈するように３つの異なる軸線に関して回転して移動することができる。上述の装置は、高速の溶接処理機能を達成可能にするが、この率を増大することが依然として望ましい。

ＵＳ−４５８７３９４はまた、各々が所定のスケルトンの案内管に格子を溶接するのに寄与するように同時に移動する４つの溶接工具を有する溶接装置を開示している。各工具は、自由度３を呈する移動手段による案内管に対して縦方向に移動可能なキャリッジに接続されている。４つの溶接工具は同時に移動するが、そのような溶接装置によって達成される処理機能の速度は、同じく遅すぎることが判明している。

ＦＲ−２６７０９４７ ＵＳ−４５８７３９４ ＵＳ−４８４９１６１ ＦＲ−Ａ−２５３３３５３ ＦＲ−２６７０９７７

本発明の目的は、より高速の溶接の達成を可能にする上述の種類の装置を提供することによってこの問題を解決することである。

上述の目的に対して、本発明は、請求項１に記載の溶接装置を提供する。
即ち、核燃料組立体スケルトンの案内管（７）上に構造要素（８）を溶接するための装置（１）であって、
案内管（７）及び構造要素（８）を受け取って保持するための少なくとも１つの構造体（１４）と、
前記案内管（７）に平行に移動可能なキャリッジ（１２）と、
少なくとも１つの溶接工具（３６）と、
前記溶接工具（３６）を前記キャリッジ（１２）に接続して少なくとも自由度５を呈する、該溶接工具（３６）を移動させるための移動手段（３８）と、
を含み、
移動手段（３８）が、少なくとも自由度６を呈する、
ことを特徴とする装置である。
特定的な実施形態では、装置は、請求項２から請求項１１の特徴の１つ又はそれよりも多くを含むことができる。
本発明はまた、請求項１２に記載のプログラミング方法を提供する。
本発明はまた、請求項１３に記載の核燃料組立体スケルトンを溶接する方法を提供する。
本発明はまた、請求項１４に記載の核燃料組立体を製造する方法を提供する。
本発明は、純粋に一例として与えられ、かつ添付図面を参照する以下の説明を読むとより良く理解することができる。

図１及び図２は、核燃料組立体スケルトンの案内管上に構造要素を溶接するための装置１を示す概略図である。
より正確には、下記に考察する構造要素は、核燃料棒を保持するための格子であるが、スリーブのような他の構造要素も装置１によって溶接することができると考えられる。
図３を参照すると、燃料組立体２は、主として、核燃料棒３及び棒３を支持するための構造体又はスケルトン４を含むことが想起される。

従来的に、支持スケルトンは、組立体１の縦方向端部に配置された下部ノズル５及び上部ノズル６と、原子炉を制御しかつ停止させるためのクラスターの棒（図示せず）を受け取るための案内管７と、棒３を保持するための格子８とを含む。
ノズル５及び６は、案内管７の縦方向端部に固定されている。
棒３は、ノズル５及び６の間を垂直方向に延びている。棒３は、棒が格子８によって保持された実質的に規則的な正方形ベースのアレイのノードに配置される。アレイのノードの一部は、案内管７により及び場合により計測目的の中心管によって占有されている。

従来的に、格子８は、規則的アレイのノード上に中心があるセルを間に形成する交差した板の組を含む。大部分のセルは、それぞれの燃料棒３を受け取るためのものである。他のセルの各々は、案内管７を受け取り、中央のセルは、任意的に、計測管１４を受け取る。
格子８には、通常は、上方に向かって突出し、かつ格子８が案内管７に溶接されるのを可能にする溶接タブが備えられる。また、ＵＳ−４８４９１６１に示すように、そのようなタブを持たない格子も存在する。この特許における格子の二重板は、従って、格子を案内管７に溶接するための区域を形成する上部後退部を呈している。

特許ＦＲ−２６７０９４７の装置と同様に、図１及び図２の装置１は、保護パネルによって横方向に覆うのに適する組立作業台１０を含む。作業台１０は、溶接ロボット１３を担持するキャリッジ１２が走行する垂直材及び２つの水平縦方向レール１１を含む金属ガントリーによって構成されている。
作業台１０は、２つの平行作業区域（図２）を形成し、各々は、溶接のために少なくともスケルトン４と同じ長さを有し、かつ並列に配置されている。その区域の各々には、スケルトン４をそこに事前に組み立てることを可能にする構造体１４が置かれている。各構造体１４は、レール１１に平行に延び、表面スラブ１８を備えた機械が溶接されたテーブル１６を含むことができる。

図２に示すように、作業台１０はまた、レール２２を有し、これは、レール１１に対して横方向に配置され、図２に示す構造体１４の１つに面する場所と他の構造体１４に面する別の場所との間をケージ２４が移動するのを可能にする。ケージ２４には、案内管の変形を防止するために溶接箇所において案内管７に挿入されることになる拡張可能な主軸を配置するためのキャリッジ２５が走行する縦方向のレールが設けられる。これらの主軸は、特許ＦＲ−Ａ−２５３３３５３に既に説明されているような構造体を有することができ、それらは、ケージによって担持されたフレーム（図示せず）を用いて案内することができる。

構造体１４の全長にわたって延びる表面スラブ１８は、溶接されることになるスケルトンの格子８を位置決めして保持するためのフレーム２０を調節可能な位置で受け取るように設計される。これらのフレーム２０には、格子８を挿入するためにそれらを開くことを可能にし、かつそれらを再び閉じることを可能にする手段が設けられ、かつそれらは、従来型の構造体とすることができる。図示の例では、スケルトン４の格子８を受け取るためのフレーム２０は、水平方向及び垂直方向に延びるそれらの斜材を有する。

キャリッジ１２は、組立作業台の全幅を占有し、少なくとも１つの横方向レール３４を担持している。
溶接ロボット１３は、抵抗溶接ペンチ３６と、ペンチ３６をキャリッジ１２に接続する溶接ペンチ３６を移動するための移動手段３８とを有する。
移動手段３８は、レール３４上を横方向に移動可能な支持箱４０と、支持箱４０から下向きに延びる多関節アーム４２と、アーム４２から延びて溶接ペンチ３６を担持する可動型リスト（手首）４４とを含む。

支持箱４０は、溶接ペンチ３６に電気を供給するための溶接用トランスを収容することができる。
キャリッジ１２により、図１に双頭矢Ａによって示すＸ方向に平行移動して、すなわち、構造体１４上に置かれたスケルトン４の案内管７と平行に溶接ペンチ３６を作業台１０に対して移動させることが可能である。支持箱４０により、図１に双頭矢Ｂによって示すようにＹ方向に沿って平行移動して、すなわち、案内管７に対して横方向にペンチ３６を移動させることも可能である。

図４及び図５に示すように、アーム４２は、３つの連続するセグメント４６、４８、及び５０を含む。第１のセグメント４６は、支持箱４０から下方に延びている。第２のセグメント４８は、図４に双頭矢Ｃによって示すような垂直軸線に関する回転移動と、図４及と５とにおいて双頭矢Ｄによって示すような水平軸線に関する回転移動との両方を可能にする二重回転接続を通じて第１のセグメント４６に連接している。
第３のセグメント５０は、図５に双頭矢Ｅによって示すような水平軸線に関する相対回転移動と、図４及び図５において双頭矢Ｆによって示すような第３のセグメント５０の縦軸線に関する相対回転移動の両方を可能にする二重回転接続によってアーム４２の第２のセグメント４８に連接している。

リスト４４は、溶接ペンチ３６のケース５２を担持する。ケース５２には、ケーブルによって構成された通常の電源手段及び空気動力供給手段が設けられる。リスト４４は、図４と図５において双頭矢Ｇによって示すような第３のセグメント５０の縦軸線に垂直な軸線に関する相対回転移動と、図４及び図５において双頭矢Ｈによって示すようなペンチ３６の縦軸線に関する相対回転移動の両方を可能にする二重回転接続を通じてアーム４２の第３のセグメント５０に接続されている。
従って、溶接ペンチ３６は、自由度７をもたらす移動手段３８と共にＡからＨまでの矢印によって示す自由度８を呈する。

図２に示すように、装置１は、ペンチ３６の変位及び作動を制御するためのプログラム可能な手段５４を更に含む。一例として、これらの制御手段５４は、１つ又はそれよりも多くのプロセッサを有するコンピュータ、データ記憶手段５６、入出力手段、及び表示手段（図示せず）を含む。
入出力手段は、例えば、手動制御の下で溶接ペンチ３６の移動及び作動を可能にするコントローラ５８の形態のユーザインタフェースを含む。
溶接ペンチ３６の作動をそれ以降自動的に制御するように意図された制御手段５４をプログラムするために、一例として以下のように進行することができる。

オペレータは、コントローラ５８を使用して、ペンチ３６の変位をそれが構造体１４の１つで事前組立されたスケルトン４の案内管７の１つに第１の格子８を溶接するための最初の位置に到達するまで手動で制御し、次に、オペレータは、この位置において溶接作動を実行させる。ペンチ３６の電極は、次に、問題の案内管７に対して格子８の対応する区域９を押し付け、こうして抵抗を用いて溶接を実行する。例えば、移動手段３８に存在する位置センサ６０によって供給されるこの最初の溶接位置の座標は、次に、記憶手段５６内に記録される。従来型センサが、図１に非常に図式的に示されている。

その後、オペレータは、問題の第１の格子８の全てに対して溶接シーケンスを継続し、記憶手段５６は、溶接が実行された様々な位置の座標と、この溶接作動中のペンチ３６の位置も漸次記録する。格子８の溶接作業に対するシーケンスは、スケルトン４の溶接に対する完全なシーケンスの単なる一部分であり、従って、下記ではそれを「サブシーケンス」と呼称する。
その後、オペレータは、第２の格子８をスケルトン４の案内管７に溶接するための最初の位置までペンチ３６を移動させる。オペレータは、次に、前回第１の格子８上で手動で実施されて記録された通りの溶接サブシーケンスの実行をトリガすることができる。

格子８の各々に対してこのように進行することにより、記憶手段５６は、案内管７に沿って存在する格子の全てに対して実行する必要がある溶接作動の全てを実行するのに必要なデータを記録する。
スケルトン４の格子８を溶接するためのこの完全なシーケンスは、その後記憶され、同じ種類のスケルトン４が装置を用いて溶接されることになる時に自動的に実行することができ、オペレータが必要なことは、従って、第１の格子８を溶接するための最初の位置上にペンチ３６を位置決めし、次に、シーケンス全体の実行をトリガすることだけである。
また、他の種類のスケルトンを溶接するための完全なシーケンスを記憶手段５６に例えば上述と同じ方法で記憶することもできる。

手動制御下で実施されたトレーニングシーケンスの記録に基づくこのプログラミング方法は、非常に使いやすく、かつ非常に短時間に実施することができる。特に、これは、全溶接位置の全座標を１つ１つ定めることを必要とする従来技術の方法よりも少ない時間消費で済む。それにも関わらず、上述したものとは異なる方法で行われたプログラミングも装置１と共に使用することができる。反対に、トレーニングによるこのプログラミング技術は、ペンチ３６に対する自由度が任意、例えば、ＦＲ−２６７０９７７におけるような６である装置１と共に使用することができる。

プログラムされた完全な溶接シーケンスは、格子８の一部に対する異なるサブシーケンスと、ノズル５又は６の一方又はノズル５又は６の一方に属する接続要素に案内管を溶接するためのサブシーケンスも含むことができることにも注目すべきである。
ペンチ３６によって示される多数の自由度に起因して、溶接サブシーケンスを従来技術に比して大幅に迅速に実行することができることが判明した。驚くべきことに、自由度の数の増大は、溶接工具の数の増大よりも優れている。
これは、様々な溶接位置間をより短い経路で辿ることができることに起因する。

更に、回転における余分な自由度に起因して、かつ特に双頭矢Ｄによって示すような水平軸線に関する回転の可能性に起因して、ペンチ３６は、非常に高速度、特に１３メートル毎秒（ｍ／ｓ）よりも大きい速度で移動することができる。
更に、自由度の数が非常に大きいことに起因して、ペンチ３６は、接近し難い区域、特にＵＳ−４８４９１６１に開示された種類の格子を溶接するための区域に到達することができる。従って、全ての種類の格子８、及び特に溶接タブが全く存在しない格子の溶接に対して装置１を使用することができる。
更に、ペンチは、接近し難い位置においてさえ、例えば６０デカニュートン（ｄａＮ）の程度の高い溶接力を印加することができる。

ＦＲ−２６７０９４７におけるように、２つの構造体１４の存在は、一方をスケルトンの事前組立のために使用し、同時に他方を既に事前組立を完了したスケルトン４の要素を互いに溶接するためにペンチ３６と共に使用することを可能にする。このようにして並行して作動させることにより、溶接ロボット１３は、ほぼ連続ベースで使用される。
それにも関わらず、ある一定の変形においては、装置１は、唯１つの構造体１４を有することができると考えられる。
一般的に、移動手段４８は、より少ない自由度、例えば、単に７を呈することができる。
同様に、自由度は、必ずしも上述したものでなくてもよい。上述したものとは別の回転移動及び並進移動の組合せの使用を想定することができる。

図６は、主として以下の理由で上述したものとは異なる溶接装置１の別の実施形態を示している。
ガントリー１０は、溶接のためのスケルトンを受け取る構造体１４上を摺動するように取り付けられている。支持箱４０は、ガントリー１０の上部ウェブ６２に固定され、従って、それに対する自由度を一切呈しない。上述の実施形態の双頭矢Ｂは、従って、図６には示されていない。

アーム４２のセグメント４８と５０の間の接続は、双頭矢Ｅによって示すように単純な回転接続である。セグメント５０とリスト４４の間の接続は、双頭矢ＦからＨまでによって示すように三重回転接続である。
工具３６を移動するための移動手段３８は、従って、ＣからＨまでの矢印によって示す自由度８を呈する。
従って、構造体１４上へのガントリー１０の取り付けは、自由度１、特に上述の図の矢印Ｂで示す自由度の削減を可能にする。
更に、構造体１４上へのガントリー１０の取り付けは、溶接のためのスケルトンに対する工具３６の位置決めを改善する。

この特徴は、移動手段３８の自由度の数とは無関係に使用することができることに注目すべきである。
従って、溶接装置１は、少なくとも自由度６を呈するその移動手段３８なしで、構造体１４上に摺動可能に取り付けられたガントリー１０を有することができる。
一般的に、溶接工具３６は、抵抗溶接以外の一部の種類の溶接を実施することができる。

スケルトンを受け取るための構造体が示されていない本発明の溶接装置を示す概略斜視図である。 図１の矢印ＩＩの方向に沿って見た図１の装置の概略正面図である。 図１の装置を用いて溶接することができる核燃料組立体のスケルトンの一部分を斜視図で示す部分概略図である。 図１及び図２の装置における溶接工具を移動するための手段を斜視図で示す部分概略図である。 図１及び図２の装置における溶接工具を移動するための手段を斜視図で示す部分概略図である。 別の実施形態での溶接装置を斜視図で示す部分概略図である。

符号の説明

１ 装置
１２ キャリッジ
３６ 溶接工具、ペンチ
３８ 移動手段

Claims (14)

1. 核燃料組立体スケルトンの案内管（７）上に構造要素（８）を溶接するための装置（１）であって、
   案内管（７）及び構造要素（８）を受け取って保持するための少なくとも１つの構造体（１４）と、
   前記案内管（７）に平行に移動可能なキャリッジ（１２）と、
   少なくとも１つの溶接工具（３６）と、
   前記溶接工具（３６）を前記キャリッジ（１２）に接続して少なくとも自由度５を呈する、該溶接工具（３６）を移動させるための移動手段（３８）と、
   を含み、
   移動手段（３８）が、少なくとも自由度６を呈する、
   ことを特徴とする装置。
2. 前記移動手段（３８）は、少なくとも自由度７を呈することを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記移動手段（３８）は、互いに連接した少なくとも２つのセグメント（４６、４８、５０）を有するアーム（４２）を含み、
   前記移動手段（３８）は、更に、前記アーム（４２）から延びて少なくとも自由度２を呈する接続を通じて該アーム（４２）に連接し、前記溶接工具（３６）を担持するリスト（４４）を含む、
   ことを特徴とする請求項１から請求項２のいずれか１項に記載の装置。
4. 前記リスト（４４）は、少なくとも２つの異なる軸線に関する回転移動（Ｇ、Ｈ）を可能にする接続によって前記アーム（４２）に連接していることを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. 前記アーム（４２）は、互いに連接した少なくとも３つのセグメント（４６、４８、５０）を含むことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の装置。
6. 前記アーム（４２）の少なくとも２つのセグメント（４６、４８、５０）は、２つの異なる軸線に関する回転移動（Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ）を可能にするそれぞれの接続を通じて互いに連接していることを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記移動手段（３８）は、前記案内管（７）に対して横方向に移動可能な支持箱（４０）を含むことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記キャリッジ（１２）は、前記構造体（１４）の上を移動するように取り付けられることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の装置。
9. 前記溶接工具は、抵抗溶接ペンチ（３６）であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の装置。
10. 前記溶接工具（３６）を移動するために前記移動手段（３８）を制御するためのプログラム可能制御手段（５４）と、該溶接工具（３６）を移動するために該移動手段（３８）を制御するための手動制御手段（５８）とを含むことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の装置。
11. 前記移動手段（３８）は、位置センサ（６０）を含むことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 請求項１０又は請求項１１に記載の装置をプログラムする方法であって、
    溶接工具（３６）が溶接シーケンスを実行するように移動手段（３８）を手動で制御する段階と、
    前記溶接シーケンスをプログラム可能制御手段（５４）に記録する段階と、
    を含むことを特徴とする方法。
13. 案内管（７）と該案内管（７）に溶接された構造要素（８）とを含む核燃料組立体スケルトン（４）を溶接する方法であって、
    請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の装置を使用することにより、構造要素（８）を案内管（７）に溶接する段階、
    を含むことを特徴とする方法。
14. 核燃料棒（３）と、案内管（７）及び該案内管（７）に溶接された構造要素（８）を含んで該棒（３）を支持するためのスケルトン（４）とを含む核燃料組立体（２）を製造する方法であって、
    請求項１３に記載のスケルトン溶接方法を使用する、
    ことを特徴とする方法。

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